(57)【要約】【課題】  強誘電体膜特性を幅広い温度条件下に応じて、より正確且つ容易に検査することができる誘電体膜の検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】  検査対象である誘電体膜を備えた試料が入れられるチャンバ１に当該試料を測定するための探針５を設け、さらに、試料を加熱する加熱手段３と、試料を冷却する冷却手段３と、加熱手段又は前記冷却手段により試料の温度を所望に制御した状態で前記探針を介して誘電体膜の特性を測定する測定手段４とを備えるようにする。【選択図】      図１
2005129795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象である誘電体膜を備えた試料が入れられるチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた探針と、
前記チャンバ内に入れられた前記試料を加熱する加熱手段と、
前記チャンバ内に入れられた前記試料を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段又は前記冷却手段により前記試料の温度を所望に制御した状態で前記探針を介して前記誘電体膜の特性を測定する測定手段と
を有することを特徴とする誘電体膜の検査装置。
【請求項２】
前記チャンバ内に、水素ガス及び重水素ガスからなる群から選択された少なくとも１種のガスを含有する含有ガスを導入するガス導入手段を有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体膜の検査装置。
【請求項３】
前記含有ガスは、更に酸素ガス及び窒素ガスからなる群から選択された少なくとも１種のガスを含有することを特徴とする請求項２に記載の誘電体膜の検査装置。
【請求項４】
検査対象である誘電体膜を備えた試料をチャンバ内に入れる工程と、
前記試料を加熱又は冷却して前記試料の温度を所望に制御しながら、探針を介して前記誘電体膜の特性を測定する工程と
を有することを特徴とする誘電体膜の検査方法。
【請求項５】
前記試料をチャンバ内に入れる工程と前記誘電体膜の特性を測定する工程との間に、水素ガス及び重水素ガスからなる群から選択された少なくとも１種のガスを含有する含有ガスを前記チャンバ内に導入する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の誘電体膜の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体ランダムアクセスメモリの強誘電体膜等の特性を検査するのに好適な誘電体膜の検査装置及びその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの主記憶装置には、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）及びスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等の揮発性メモリが使用されている。揮発性メモリは、電源が供給されている期間のみデータを保持することができ、電源の供給が停止されると記憶されているデータは消失してしまう。これに対して、自由に書換えが可能で、かつ、電源の供給を停止してもデータが消失しない不揮発性メモリとして、近時、強誘電体膜を用いた強誘電体ランダムアクセスメモリ（以下、「ＦｅＲＡＭ」という。）が注目されている。ＦｅＲＡＭは、不揮発性メモリであることに加えて、電力消費量が少なく、高集積化が可能であるという長所を有する。
【０００３】
従来のＦｅＲＡＭには、図７に示すような、２つの電極１２及び１４間に強誘電体膜１３が挟まれて構成された強誘電体キャパシタ（以下、ＦｅＣａｐともいう。）１５が設けられている。ＦｅＣａｐ１５は、例えば半導体基板１１の上方に絶縁膜等（図示せず）を介して形成されている。このＦｅＣａｐ１５は、ＦｅＲＡＭの機能上の中心部を構成する。また、ＦｅＣａｐ１５は、センサに用いられることもある。強誘電体膜１３には、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（以下、「ＰＺＴ」という。）等のペロブスカイト構造の材料が用いられている。また、強誘電体薄膜１３を挟む２つの電極１２及び１４は、夫々上部電極、下部電極ともよばれる。これらの電極には、Ｐｔ、Ｉｒ又はＩｒＯX等の材料が用いられる。
【０００４】
この強誘電体膜の特性は温度による依存性を有しており、ＦｅＲＡＭを保証する上においては、この温度変化を考慮する必要がある。従来の強誘電体膜の検査においては、Ｈ2又はＤ2を含有する還元ガス雰囲気中で高温状態での強誘電体膜の特性劣化に関する試験が行われている。この試験では、例えば特許文献１に記載されている方法により作製したＦｅＣａｐの試料を上記還元ガス雰囲気中の真空チャンバに入れ、一定時間だけ試料の加熱を行い、その後、真空チャンバから試料を取り出して、強誘電体特性がどれだけ劣化しているかを大気中で測定する。このような加熱及び測定を繰り返すことにより、強誘電体特性が消失するまでに要した時間を特定し、強誘電体膜の保証を行っていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２７２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の強誘電体膜の検査方法では、検査開始直後には、強誘電体特性の劣化に対する時間が明らかではないので、何度もチャンバ内での加熱とチャンバ外での特性の測定とを繰り返す必要があり、上述の検査方法では極めて時間がかかってしまうという問題点がある。また、実際に強誘電体特性が劣化する時点を特定することが極めて困難であるという問題点もある。これは、強誘電体特性が完全に消失するまで、加熱の工程と測定の工程とを何度も繰り返すからである。
【０００７】
さらに、上述した問題点に加え、近時では、ＦｅＲＡＭを搭載したＩＣカード等の製品において、様々な環境下で使用されることが多くなり、劣悪な環境下においても信頼性を維持する必要が生じてきた。そして近時では、従来の強誘電体膜の検査方法では、幅広い環境下を考慮した製品の動作保証を行うことが困難であるという問題点も発生してきた。
【０００８】
本発明は、上述の問題点にかんがみてなされたのもであり、強誘電体膜特性を幅広い温度条件下に応じて、より正確且つ容易に検査することができる誘電体膜の検査装置及びその検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の発明に係る誘電体膜の検査装置は、検査対象である誘電体膜を備えた試料が入れられるチャンバを有する。前記チャンバ内には、探針が設けられている。更に、誘電体膜の検査装置は、前記試料を加熱する加熱手段と、前記試料を冷却する冷却手段と、前記加熱手段又は前記冷却手段により前記試料の温度を所望に制御した状態で前記探針を介して前記誘電体膜の特性を測定する測定手段とを有する。
【００１０】
本願の発明に係る誘電体膜の検査方法は、検査対象である誘電体膜を備えた試料をチャンバ内に入れる工程と、前記試料を加熱又は冷却して前記試料の温度を所望に制御しながら、探針を介して前記誘電体膜の特性を測定する工程とを有する。
【００１１】
本発明においては、チャンバ内に探針が設けられているため、チャンバ内で試料を加熱又は冷却しながら、そのままＩｎ−ｓｉｔｕで試料の特性を測定することが可能である。従って、連続して試料の温度依存性の特性変化を把握することが可能となり、正確な情報をより容易に得ることができる。
【００１２】
本発明では、チャンバ内でガス組成を制御しながら、特性の測定を行うことができるため、正確且つ容易にその測定を行うことができる。なお、このようなＩｎ−ｓｉｔｕで、例えばＨ2ガス又はＯ2ガスを流しながら、常温から高温環境下（高温域）及び常温から低温環境下（低温域）で強誘電体キャパシタの測定を行うことができるような装置は存在しない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、チャンバ内で試料の加熱又は冷却を行いながら、Ｉｎ−ｓｉｔuで誘電体膜の検査を行うことができる。従って、常温から高温環境下及び常温から低温環境下での誘電体膜の挙動を幅広く把握することができ、その特性が変化する時点を正確に見極めることができる。また、チャンバから何度も試料を出し入れする必要がなくなるため、検査に要する時間を大幅に短縮することができる。この結果、このような誘電体膜を備えた半導体装置の生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
−発明の基本骨子−
本発明者は、従来の強誘電体膜の検査技術において、検査に極めて時間がかかってしまうことや強誘電体膜の特性劣化の測定を正確に測定することが困難であることに加え、近時のＦｅＲＡＭ搭載製品の様々な使用環境下における信頼性の維持を図るということに着目して、以下の発明の骨子に想到した。
【００１５】
先ず、検査時間を短縮して且つ強誘電体膜の特性劣化の測定を正確に行うために、検査対象である誘電体膜を備えた試料を入れるチャンバ内に、測定用の探針を設ける。さらに、試料を加熱する加熱手段（加熱ヒーター）と、探針を介して加熱された試料の強誘電体膜の特性を測定する測定手段を設けて、試料を当該チャンバから出し入れすることなく強誘電体膜の特性劣化の測定を行えるようにする。
【００１６】
さらに、近時のＦｅＲＡＭ搭載製品の様々な使用環境下における信頼性の維持を図るために、上述した加熱手段に加えて、試料を冷却する冷却手段を設けて、加熱手段による高温域のみならず、冷却手段による低温域における強誘電体膜特性の測定が行えるようにする。この場合にも、上記測定手段により、探針を介して冷却された試料の強誘電体膜の特性を測定する。これにより、低温域におけるＦｅＲＡＭ搭載製品の動作保証を行うことができる。一般的に、強誘電体膜の特性評価は、図５の強誘電体膜の残留分極Ｑｓｗにおける温度依存性の特性図で明らかなように、高温域で残留分極Ｑｓｗの低下が起こるため、耐久的なＦｅＲＡＭの不動作を懸念して高温域を対象として評価が行われてきた。しかし、この段階では、２トランジスタ，２キャパシタ（２Ｔ２Ｃ）で構成されるＦｅＲＡＭを対象としており、その場合には低温域での不動作はなかったため、現在対象としている１トランジスタ，１キャパシタ（１Ｔ１Ｃ）で構成されるＦｅＲＡＭにおいても低温域での動作は問題なしと考えていたという事情により、例えば、低温域が強誘電体膜の特性において問題とすべき契機が与えられていなかった。この低温域では、常温に比べて残留分極Ｑｓｗが高くなっており、ＦｅＲＡＭ搭載製品における設計値によっては、スイッチング動作に支障をきたすことも考えられる。本願発明の特徴の１つは、寒冷地等の低温でＦｅＲＡＭ搭載製品を使用する場合においても、その動作保証を確実に行うことができるようにするものである。
【００１７】
以下、添付の図面を参照しながら、上述した本発明の基本骨子を踏まえた誘電体膜の検査装置及びその検査方法における実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る誘電体膜の検査装置の構造を示す模式図である。
【００１８】
本実施形態に係る誘電体膜の検査装置には、測定チャンバ１及びロードロックチャンバ２が設けられている。測定チャンバ１とロードロックチャンバ２とは連通されており、これらの間にはゲートバルブＧＶ３が設けられている。
【００１９】
ロードロックチャンバ２には、ダイヤフラム圧力計ＤＧ２及び電離ゲージＩＧ２が設けられている。また、２本の配管がロードロックチャンバ２に連結されており、夫々ポンプＴＭＰ２、Ｎ2ライン７に他端が連結されている。ロードロックチャンバ２とＮ2ライン７との間にはバルブＬＶ２０が設けられ、ポンプＴＭＰ２との間にはゲートバルブＧＶ２が設けられている。更に、ポンプＴＭＰ２の排気側には、バルブＡＶ２を介してドライポンプＤｒｙ２が連結されている。
【００２０】
また、試料が入れられた皿（トレー）を測定チャンバ１まで搬送する搬送アーム（図示せず）も設けられている。搬送アームは、ゲートバルブＧＶ３を通過してロードロックチャンバ２と測定チャンバ１との間を移動することが可能である。
【００２１】
測定チャンバ１内には、試料を載置して温度制御する測定台３（加熱手段／冷却手段）、及び搬送アームによってロードロックチャンバ２から搬送されてきた試料を測定台３に移動させる搬送ピン（図示せず）が設けられている。測定台３は、例えば直径が約３０．４８ｃｍ（１２インチ）の円板状であり、試料を−１５０℃から５００℃まで温度制御できるように構成されている。また、測定チャンバ１の上部には、試料の電気的特性を測定するための探針５、及び探針５と試料との位置関係を検出するためのＣＣＤ顕微鏡（位置検出手段）６が設けられている。ＣＣＤ顕微鏡６は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置（図示せず）に接続されており、操作者が上記位置関係を容易に把握できるようになっている。
【００２２】
探針５には、図２及び図３に示すように、５．６ｎＦの負荷容量、オシロスコープ及びパルス発生器（電圧供給手段）から構成されるソーヤ・タワー回路が接続されている。また、このソーヤ・タワー回路は、ＧＰＩＢインターフェースを介してパーソナルコンピュータに接続されており、プログラムによりパルス発生器からＰＵＮＤパルスを発生させて、これを探針５から試料に印加し、試料からの応答を探針５からオシロスコープを経由してパーソナルコンピュータに取り込み、演算するように構成されている。また、パーソナルコンピュータは、記録手段として測定チャンバ１内のガスの成分を記録し、このパーソナルコンピュータに接続された表示装置（表示手段）が、ガスの成分を表示する。
【００２３】
測定チャンバ１には、重水素（Ｄ2）、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）及び酸素（Ｏ2）等の気体を導入するためのガス導入口（図示せず）が設けられている。これらの気体の流量は、各気体の導入経路に夫々設けられたマスフローコントローラ等の流量制御装置（図示せず）により制御可能となっている。流量制御装置とガス導入口との間には、バルブＬＶ１が設けられている。バルブＬＶ１の気体上流側には、例えばＮ2用のライン、３体積％Ｄ2＋９７体積％Ｎ2用のライン、混合気体用のライン、Ｏ2用のライン、及び３体積％Ｈ2＋９７体積％Ｎ2用のラインがガス導入手段として連結されている。更に、バルブＬＶ１と並列して、バルブＬＶ２、ガスバブラ８及びバルブＬＶ３が気体上流側から順に直列して構成されたラインが連結されている。
【００２４】
また、測定チャンバ１には、ダイヤフラム圧力計ＤＧ１、電離ゲージＩＧ１及び４重極子質量分析計（成分測定手段）ＱＭＳが設けられている。測定チャンバ１には、更に、窒素（Ｎ2）を導入するためのガス導入口（図示せず）が設けられており、このガス導入口にバルブＬＶ２１が連結されている。バルブＬＶ２１の他端はＮ2ライン９に連結されている。
【００２５】
更に、３本の配管が測定チャンバ１に連結されている。このうち１本にはゲートバルブＧＶ１が設けられ、他の１本には測定チャンバ１側から順にバルブＡＶ３及び圧力制御バルブ（気圧調整手段）ＣＶ１が設けられ、残りの他の１本は補助管（バイパス）となっている。ゲートバルブＧＶ１が設けられた配管とバルブＡＶ３及び圧力制御バルブＣＶ３が設けられた配管とは、測定チャンバ１と反対側で互いに連結されており、その先でポンプＴＭＰ１に連結されている。
【００２６】
ポンプＴＭＰ１の排気側には、バルブＡＶ１を介してドライポンプＤｒｙ１が連結されている。補助管及びポンプＴＭＰ１の排出側に、夫々バルブＬＶ１４、ＡＶ４が設けられており、これらのバルブＬＶ１４及びＡＶ４を介して互いに連結されている。更に、この連結部には、２個の配管が連結されており、その一方には、マスフローコントローラ（流量計（図示せず））を介してＯ2及びＨ2Ｏ用のセンサ（酸素濃度測定手段及び水分濃度測定手段）４がバルブＬＶ１５を介して連結され、他方はバルブＡＶ５を介してドレンとなっている。
【００２７】
次に、上述のように構成された検査装置を使用した低温域での誘電体膜の検査方法について説明する。
【００２８】
先ず、ＦｅＣａｐの試料をウェハ上に作製する。ＦｅＣａｐの試料は公知の方法、例えば特開２００１−１２７２６２号公報に記載されている方法により作製すればよい。強誘電体キャパシタの構造は、例えば平面構造であり、その上部電極は反応性イオンエッチング法によりエッチングされたものである（J. S.Cross et al, Jap. J. Appl. Phys., ４１ ６９８（２００２）参照）。
【００２９】
その一方で、試料台３に連結された冷媒輸送式冷凍機１６（図４）により測定チャンバ１内の試料台３を常温よりも低温に冷却しておく。そして、試料の作製後、ロードロックチャンバ２の蓋を開き、試料をウェハトレー１７に入れ、このウェハトレー１７をロードロックチャンバ２内の搬送アーム上に載せる。ウェハトレー１７は、例えば石英製である。また、その直径は特に限定されるものではなく、試料の直径が６インチ（約１５２ｍｍ）未満の場合には、ウェハトレー１７の直径を１５２ｍｍとしてもよい。この場合のウェハトレー１７は、例えばＳＵＳ３０４製であるか、又はＡｕがコーティングされたＣｕ製のトレーである。
【００３０】
トレーを搬送アームに載せた後、ロードロックチャンバ２の蓋を閉じる。続いて、バルブＧＶ２及びバルブＡＶ２を開き、ポンプＴＭＰ２及びドライポンプＤｒｙ２を作動させることにより、ロードロックチャンバ２の排気を行う。同時に、バルブＧＶ１、ＡＶ１、ＡＶ４及びＡＶ５を開き、ポンプＴＭＰ１及びドライポンプＤｒｙ１を作動させることにより、測定チャンバ１の排気も行う。そして、測定チャンバ１及びロードロックチャンバ２内の圧力が１０-6Ｔｏｒｒ（約１．３３×１０-4Ｐａ）に到達した後、ゲートバルブＧＶ３を開き、搬送アームにより試料を測定チャンバ１内に搬送する。
【００３１】
続いて、測定チャンバ１内の搬送ピンを気圧制御で上昇させて、搬送ピンにウェハトレーを拾い上げさせる。その後、搬送アームをロードロックチャンバ２内に引き下げる。続いて、搬送ピンを降下させて試料を試料台３上に載せる。そして、ゲートバルブＧＶ３を閉じる。
【００３２】
続いて、ウェハ温度が安定したところで探針５を降下させ、試料に形成され電気的特性を測定する所望のキャパシタの上方に位置させる。キャパシタの平面形状は、例えば一辺の長さが５０μｍの正方形である。このとき、ＣＣＤ顕微鏡６を介してキャパシタ及び探針５の位置をＬＣＤにより確認することができ、また、探針５及びＣＣＤ顕微鏡６の各位置を、マイクロメータマニピュレータを使用して移動させることもできる。その後、探針５をキャパシタの両電極に接触させ、電気的な測定を行うことにより、確実に接触していることを確認する。ここで、試料の測定温度を変更する場合には、図４に示す試料台３の冷媒輸送式冷凍機１６、試料台３の加熱ヒーター１８の調整により所望の温度に調整する。
【００３３】
次に、上述のように構成された検査装置を使用した高温域での誘電体膜の検査方法について説明する。
【００３４】
まず、試料台３に連結された加熱ヒーター１８（図４）により測定チャンバ１内の試料台３を常温よりも高温に加熱する。続いて、ウェハ温度が安定したところで探針５を降下させ、試料に形成され電気的特性を測定する所望のキャパシタの上方に位置させる。キャパシタの平面形状は、例えば一辺の長さが５０μｍの正方形である。このとき、ＣＣＤ顕微鏡６を介してキャパシタ及び探針５の位置をＬＣＤにより確認することができ、また、探針５及びＣＣＤ顕微鏡６の各位置を、マイクロメータマニピュレータを使用して移動させることもできる。その後、探針５をキャパシタの両電極に接触させ、電気的な測定を行うことにより、確実に接触していることを確認する。ここで、試料の測定温度を変更する場合には、図４に示す試料台３の冷媒輸送式冷凍機１６、試料台３の加熱ヒーター１８の調整により所望の温度に調整する。
【００３５】
強誘電体キャパシタ特性の温度依存性の測定は、例えば印加電圧を３Ｖとしたときのキャパシタの残留分極Ｑｓｗを測定することにより行えばよい。この残留分極Ｑｓｗの測定は、図２に示すＰＵＮＤパルス発生回路２１及び図３に示すソーヤ・タワー回路２２を使用して測定することができる。図５に、上述の検査装置の検査方法による残留分極Ｑｓｗの温度依存性の特性図を示す。
【００３６】
その後、実験条件を変えながら、他の試料についての実験を行う。例えばある設定温度でガスの組成を変化させる。また、例えば１００体積％のＮ2の雰囲気、３体積％Ｈ2＋９７体積％Ｎ2の雰囲気、及び３体積％Ｄ2＋９７体積％Ｎ2の雰囲気下でＦｅＣａｐの測定を行う。
【００３７】
次に、大気雰囲気下での測定方法について説明する。
【００３８】
この測定方法では、試料を作製した後、ロードロックチャンバ２の蓋を開き、直径が１５０ｍｍのウェハトレー（図示せず）に入れた寸法が５０×５０μｍ2の試料、又は直径が１５０ｎｍ若しくは２００ｎｍのウェハをロードロックチャンバ２内の搬送アーム上に載せる。ウェハトレーは、例えばステンレス製である。
【００３９】
また、冷却時に大気中の水分による結露を防ぐため、測定チャンバのＮ2パージを１０００ｓｃｃｍの流量で１時間だけ行っておく。このとき、排気ガス中のＯ2及びＨ2Ｏの濃度をセンサ４で検知しておく。つまり、バルブＬＶ１４及びＬＶ１５を開くことにより、測定チャンバ１からの排気ガスをセンサ４に流す。そして、センサ４により残留Ｈ2Ｏ及び残留Ｏ2の各濃度を測定する。残留Ｈ2Ｏ及び残留Ｏ2の各濃度は、継続的に測定され、例えば表示装置に表示され、また、パーソナルコンピュータに記録される。
【００４０】
続いて、ゲートバルブＧＶ３を開き、搬送アームにより試料を測定チャンバ１内に搬送する。
【００４１】
続いて、測定チャンバ１内の搬送ピンを上昇させて、搬送ピンにウェハトレーを拾い上げさせる。その後、搬送アームをロードロックチャンバ２内に引き下げる。続いて、搬送ピンを降下させて試料を試料台３上に載せる。そして、ゲートバルブＧＶ３を閉じる。
【００４２】
そして、ウェハ温度が安定したところで探針５を降下させ、試料に形成され電気的特性を測定する所望のキャパシタの上方に位置させる。キャパシタの平面形状は、例えば一辺の長さが５０μｍの正方形である。このとき、ＣＣＤ顕微鏡６を介してキャパシタ及び探針５の位置をＬＣＤにより確認することができ、また、探針５及びＣＣＤ顕微鏡６の各位置を、マイクロメータマニピュレータを使用して移動させることもできる。その後、探針５をキャパシタの両電極に接触させ、電気的な測定を行うことにより、確実に接触していることを確認する。続いて、バルブＬＶ１を開き、マスフローコントローラに流量を５００ｓｃｃｍに設定して、Ｎ2ガスをガス導入口から測定チャンバ１内に導入する。ここで、試料の測定温度を変更する場合には、図４に示す試料台３の冷媒輸送式冷凍機１６、試料台３の加熱ヒーター１８の調整により所望の温度に調整する。
【００４３】
なお、本実施形態の検査装置は、強誘電体メモリに形成される強誘電体膜の特性を測定する場合にのみ使用することが可能なものではなく、他の強誘電体膜の特性を測定する場合にも使用することが可能である。また、強誘電体膜に限らず、ＡｌＯx、ＳｉＯ2、ＴａＯx、及び（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3等の誘電体膜の特性を測定する場合にも使用することができる。
【００４４】
図６は、上述の実施形態に係る誘電体膜の検査装置を使用して好ましい条件を求め、その条件に基づいて強誘電体膜が形成された強誘電体メモリの構成を示す模式的断面図である。
【００４５】
半導体基板１０１の表面に選択的に素子分離絶縁膜１０２が形成されている。素子分離絶縁膜１０２により区画された領域内にＭＯＳトランジスタ１０３が形成されている。ＭＯＳトランジスタ１０３には、低濃度拡散層１０４、高濃度拡散層１０５、チタンシリサイド膜１０６、ゲート絶縁膜１０７、ゲート電極１０８、タングステンシリサイド膜１０９及びサイドウォール１１０が設けられている。そして、素子分離絶縁膜１０２及びＭＯＳトランジスタ１０３を覆うシリコン酸窒化膜１２８が形成され、その上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１１１が形成されている。
【００４６】
シリコン酸化膜１１１上には、選択的に下部電極１１２が形成されており、その上には強誘電体膜１１３及び上部電極１１４が順次積層されている。平面視では、下部電極１１２よりも強誘電体膜１１３が小さく、強誘電体膜１１３よりも上部電極１１４が小さくなっている。この下部電極１１２、強誘電体膜１１３及び上部電極１１４から強誘電体キャパシタが構成されている。この強誘電体キャパシタを包み込む膜１１５が形成されている。更に、この強誘電体キャパシタ等を覆う層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１１６が形成されている。
【００４７】
シリコン酸化膜１１６及び膜１１５には、下部電極１１２まで到達する孔が形成されている。また、シリコン酸化膜１１６及びシリコン酸化膜１１１には、ＭＯＳトランジスタ１０３のチタンシリサイド膜１０９まで到達する孔が形成されている。これらの孔内には、タングステン膜１１７が埋め込まれている。また、シリコン酸化膜１１６及び膜１１５には、上部電極１１４まで到達する孔も形成されている。そして、シリコン酸化膜１１６上にタングステン膜１１７と接触する配線層１１８が形成されている。この配線層１１８の一部は、上部電極１１４まで到達する孔を介して上部電極１１４にも接触している。従って、配線層１１８のこの部分を介して上部電極１１４とＭＯＳトランジスタ１０３の高濃度拡散層１０５とが接続されている。シリコン酸化膜１１６上には、配線層１１８を覆う層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１１９が形成されている。
【００４８】
シリコン酸化膜１１９には、配線層１１８まで到達する孔が形成されており、この孔内にタングステン膜１２０が埋め込まれている。そして、シリコン酸化膜１１９上にタングステン膜１２０に接触する配線層１２１が形成されている。また、シリコン酸化膜１１９上には、配線層１２１を覆う層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１２２が形成されている。
【００４９】
シリコン酸化膜１２２には、配線層１２１まで到達する孔が形成されており、この孔内にタングステン膜１２３が埋め込まれている。そして、シリコン酸化膜１２２上にタングステン膜１２３に接触する配線層１２４が形成されている。また、シリコン酸化膜１２２上には、配線層１２４を覆うパッドシリコン酸化膜１２５及びパッドシリコン窒化膜１２６が順次形成されている。そして、パッドシリコン窒化膜１２６上に、例えばポリイミド製の封止膜１２７が形成されている。
【００５０】
この強誘電体メモリにおいては、強誘電体キャパシタの強誘電体膜１１３を形成する際の条件を最適化するために、上述の実施形態に係る誘電体膜の検査装置を使用することができる。即ち、誘電体膜の検査装置を使用して、複数の成膜条件の下で、強誘電体膜を形成し、成膜条件毎に、温度変化に対する残留分極の変化を求める。そして、この残留分極の変化に基づいて、複数の成膜条件のうちから最適なものを選択して強誘電体膜１１３を形成すればよい。
【００５１】
本発明の実施形態によれば、測定チャンバ1内に探針５を設けているため、チャンバ１内で試料を加熱又は冷却しながら、そのままＩｎ−ｓｉｔｕで試料の特性を測定することができる。従って、連続して試料の温度依存性の特性変化を把握することが可能となり、正確な情報をより容易に得ることができる。また、チャンバ１内でガス組成を制御しながら、特性の測定を行うことができるため、正確且つ容易にその測定を行うことができる。
【００５２】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５３】
（付記１）
検査対象である誘電体膜を備えた試料が入れられるチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた探針と、
前記チャンバ内に入れられた前記試料を加熱する加熱手段と、
前記チャンバ内に入れられた前記試料を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段又は前記冷却手段により前記試料の温度を所望に制御した状態で前記探針を介して前記誘電体膜の特性を測定する測定手段と
を有することを特徴とする誘電体膜の検査装置。
【００５４】
（付記２）
前記チャンバ内に、水素ガス及び重水素ガスからなる群から選択された少なくとも１種のガスを含有する含有ガスを導入するガス導入手段を有することを特徴とする付記１に記載の誘電体膜の検査装置。
【００５５】
（付記３）
前記含有ガスは、更に酸素ガス及び窒素ガスからなる群から選択された少なくとも１種のガスを含有することを特徴とする付記２に記載の誘電体膜の検査装置。
【００５６】
（付記４）
前記チャンバから排気されたガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を有することを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の誘電体膜の検査装置。
【００５７】
（付記５）
前記チャンバ内のガスの成分を測定する成分測定手段を有することを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の誘電体膜の検査装置。
【００５８】
（付記６）
前記試料及び前記探針の位置を検出する位置検出手段を有することを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の誘電体膜の検査装置。
【００５９】
（付記７）
前記チャンバ内の気圧を調整する気圧調整手段を有することを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の誘電体膜の検査装置。
【００６０】
（付記８）
前記測定手段は、前記探針から前記誘電体膜に電流を流すための電圧を供給する電圧供給手段を有することを特徴とする付記１〜７のいずれか１項に記載の誘電体膜の検査装置。
【００６１】
（付記９）
検査対象である誘電体膜を備えた試料をチャンバ内に入れる工程と、
前記試料を加熱又は冷却して前記試料の温度を所望に制御しながら、探針を介して前記誘電体膜の特性を測定する工程と
を有することを特徴とする誘電体膜の検査方法。
【００６２】
（付記１０）
前記試料をチャンバ内に入れる工程と前記誘電体膜の特性を測定する工程との間に、水素ガス及び重水素ガスからなる群から選択された少なくとも１種のガスを含有する含有ガスを前記チャンバ内に導入する工程を有することを特徴とする付記９に記載の誘電体膜の検査方法。
【００６３】
（付記１１）
前記誘電体膜の特性を測定する工程は、前記チャンバから排気されたガス中の酸素濃度を測定する工程を有することを特徴とする付記９又は１０に記載の誘電体膜の検査方法。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る誘電体膜の検査装置の構造を示す模式図である。
【図２】ＰＵＮＤパルス発生器の構成を示す回路図である。
【図３】ソーヤ・タワー回路の構成を示す回路図である。
【図４】試料台に連結された冷媒輸送式冷凍機を示す模式図である。
【図５】温度と残留分極との関係を示す特性図である。
【図６】強誘電体メモリの構成を示す模式的断面図である。
【図７】強誘電体キャパシタの構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  測定チャンバ
２  ロードロックチャンバ
３  試料台
４  センサ
５  探針
６  ＣＣＤ顕微鏡
７、９  Ｎ2ライン
８  ガスバブラ
ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４、ＡＶ５、ＬＶ１、ＬＶ２、ＬＶ３、ＬＶ１４、ＬＶ１５、ＬＶ１８、ＬＶ２０、ＬＶ２１  バルブ
ＧＶ１、ＧＶ２、ＧＶ３  ゲートバルブ
Ｄｒｙ１、Ｄｒｙ２  ドライポンプ
ＴＭＰ１、ＴＭＰ２  ポンプ
ＱＭＳ  ４重極子質量分析計
１１  半導体基板
１２、１４  電極
１３  強誘電体膜
１５  強誘電体キャパシタ（ＦｅＣａｐ）
１６  冷媒輸送式冷凍機
１７  ウェハトレー
１８  加熱ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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